Bài giảng Động cơ một chiều không chổi than

ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN- BLDC1.Đặt vấn đề2.Nguyên lý làm viêc3.Những vấn đề động cơ một chiều cần giải quyết4.Mô phỏng,thực nghiệm5.Kết luận1.Đặt vấn đề - Giới thiệu về động cơ một chiều không chổi thanNgày nay BLDC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngày kỹ thuật nhờ khả năng dễ dàng điều chỉnh tốc độ,công suất lớn,dễ lập trình cho quá trình tự động hóa.BLDC có khả năng đó nhờ nó tích hợp bộ cảm biến xác định vị trí của roto nhằm tạo ra các tín hiệu cho bộ chuyển mạchSơ đồ nguyên lý làm việc của BLDC+-Bộ chuyển mạchĐộng cơCảm biến vị tríMạch logicBLDC là một loại của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, nó sử dụng các bộ cảm biến vị trí và một bộ chuyển đổi (inverter) để điều khiển dòng điện phần ứngCó 2 loại BLDC chủ yếu: - dạng hình thang - dạng hình sin. Đối với động cơ dạng hình thang thì sức điện động gây ra trên cuộn dây stato có dạng hình thang và pha của nó cần cung cấp dòng điện để tạo ra momen hoạt động hầu như không có gợn sóng .Với động cơ hình sin thì sức điện động có dạng hình sin và dòng điện pha yêu cầu momen trơn.Hình dạng của sức điện động được xác định bởi hình dạng của nam châm Roto và cách phân bố cuộn dây Stato.Động cơ hình sin cần cảm biến vị trí có độ chính xác cao bởi vị trí Roto phải được biết ngay tức thời tại mọi thời điểm để tối ưu cho hoạt động của động cơ.Nó cũng yêu cầu phải tổ hợp nhiều hơn cả về phần cứng và phần mềm kèm theo. Động cơ hình thang lại khá hấp dẫn cho các ứng dụng để đơn giản hóa,rẻ hơn và hiệu suất cao hơn.Phần dưới đây chỉ tập trung miêu tả động cơ BLDC hình thang. Cấu tạo của BLDC gồm 4 bộ phận+ Roto+ Stato+ Cảm biến vị trí+ Bộ phận chuyển mạch điện từstato Bao gồm lõi sắt (các lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn. Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây động 1 chiều thông thường,stato của BDCM chứa dây quấn phần ứng, sự khác biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang.Stator động cơ BLDCDây quấn phần ứng có thể là 2 pha hoặc 3 pha.Đối với dây quấn 3 pha có 2 cách mắc : + Cách mắc hình sao	+ Cách mắc hình tam giácRoto 	Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt có dán các thanh nam châm vĩnh cửu.Ở các động cơ yêu cầu quán tính nhỏ,người ta thường chế tạo trục của động cơ có dạng hình trụ rỗng.Cảm biến vị trí Hall sensorDo đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của BLDC cần có cảm biến xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator.  Có nhiều loại cảm biến vị trí nhưng nó đều theo các nguyên lý :+Điện từ :máy phát đồng bộ xoay chiều.+ Quang điện : encorder+ Cảm biến hallNgười ta thường dùng cảm biến hiệu ứng Hall, gọi tắt là Hall sensor Nó tạo ra sức điện động đồng bộ phục vụ cho việc đóng cắt các van bán dẫn ở bộ chuyển mạch điện từBộ chuyển mạch điện tửVì dây quấn phần ứng được bố trí trên Stato nên bộ chuyển mạch dễ dàng được thay thế bởi bộ chuyển mạch điền tử sử dụng Transistor công suất chuyển mạch theo vị trí của roto.Về bản chất thì bộ chuyển mạch điện tử là nghịch lưu bị động theo sức điện động của roto.2.Nguyên lý làm việc của BDCMĐộng cơ BLDC hiện diện trong khá nhiều hệ khác nhau nhưng động cơ 3 pha là loại thông dụng nhất tối ưu hiệu suất và giảm gợn sóng momen quay ( trơn).Loại động cơ này cũng đưa ra sự đồng thuận giữa việc điều khiển chính xác với số thiết bị cần để điều khiển dòng stato. BLDC ba pha được điều khiển(operated) trong 2 pha , nghĩa là hai pha mà tạo ra mômen lớn nhất sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 bị ngắt.Hai pha đó được kích hoạt phụ thuộc vào vị trí của roto. Sơ đồ nguyên lý làm việc Phương pháp điều khiển truyền thống động cơ BLDC là đóng cắt các khóa mạch lực (IGBT hoặc MOSFET) để cấp dòng điện vào cuộn dây stator động cơ dựa theo tín hiệu Hall sensor đưa về.Mặt cắt ngang động cơ BLDCCác tín hiệu từ các cảm biến vị trí H1,H2,H3 tạo ra một bộ ba hằng số mà thay đổi cứ sau mỗi 60 độ .(tức là trong 60 độ tiếp theo chỉ có một trạng thái của 1 trong 3 cảm biến H1,H2,H3 bị thay đổi). Từ đó ta có được sơ đồ dòng và áp như sau :Bảng trạng thái van điều khiểnBLDC ba pha được điều khiển(operated) trong 2 pha , nghĩa là hai pha mà tạo ra mômen lớn nhất sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 bị ngắt.Hai pha đó được kích hoạt phụ thuộc vào vị trí của roto. Chế độ điều khiển này gọi là chế độ điều khiển 120. Đây là chế độ điều khiển cơ bản của BLDC Dòng và áp phụ thuộc vào van dẫn3.Những vấn đề của BLDCÝ nghĩa tên động cơ 1 chiều không chổi than?Dạng sức điện động và dòng điện ?Ý nghĩa tên động cơ 1 chiều không chổi thanĐộng cơ BLDC mặc dù có tên là “một chiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều. Dưới mỗi pha dẫn ta thấy đều có dòng điện 1 chiều và sức điện động 1 chiều, do đó động cơ BLDC có đặc tính cơ và đặc tính điều khiển giống với động cơ 1 chiều. Chính vì thế mà động cơ này có tên gọi là “động cơ một chiều không chổi than” chứ thực ra nó là động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu.Dạng sức phản điện động và dòng điệnBLDC có sức phản điện động dạng hình thang.Điều này là do cấu tạo của roto có dán các thanh nam châm vĩnh cửu và cách quấn dây sức điện động hình thang của Stato tạo nên Với động cơ 1 chiều không chổi than 3 pha ta có 3 sức phản điện động hình thang.Mỗi sức phản điện động lệch pha nhau 120 độ.Sức phản điện động dạng hình thangDo trong cấu trúc của động cơ 1 chiều không chổi than có cảm biến vị trí roto nên bộ biến đổi điện tử có thể đảm bảo sự thay đổi của dòng điện trong dây quấn phần ứng khi roto quay giống như vành góp và chổi than của động cơ một chiều thông thường.Do chuyển mạch nghịch lưu theo vị trí của roto nên dòng điện cùng pha với sức điện độngDòng điện và sức điện động4.Mô Phỏng5. Kết luậnDo những đặc tính của động cơ một chiều không chổi than:có thể tạo ra công suất lớn,dễ dàng điều chỉnh tốc độnên ngầy nay BLDC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành nghề công nghiệp và dân dụng.Qua bài này ta đã rút ra cấu tạo của động cơ một chiều không chổi than.Đồng thời đã tìm hiểu thêm được về cách điều khiển động cơ.Đây là mục đích quan trọng nhất đối với tất cả các động cơ.Tuy nhiên ta vẫn gặp phải một số khó khăn như : ta chỉ có thê điều khiển động cơ qua 2 trong 3 pha,nghĩa là điều khiển 2 pha còn 1 pha phải không đổi.Còn chế độ điều khiển cả 3 pha thi ta vẫn chưa xét đến được..